TWI518723B - 開關結構與使用此開關結構的電子裝置 - Google Patents

Description

開關結構與使用此開關結構的電子裝置

本發明是有關於一種開關結構與使用此開關結構的電子裝置，且特別是有關於一種具有無縫(seamless)按鍵設計的開關結構與使用此開關結構的電子裝置。

近年來，科技產品多以行動性以及功能性為主要訴求，因此可攜式電子裝置例如智慧型手機(smart mobile phone)、平板電腦(tablet PC)以及筆記型電腦(notebook,NB)等產品已成為現今的電子消費市場的主流。

一般來說，可攜式電子裝置通常配有按鍵於殼體上，而機殼內具有對應於此按鍵的開關元件。按鍵與開關元件相互耦接，使用者可藉由按壓按鍵來控制開關元件，進而達到控制電源、藍芽或無線網路的開關，又或者是調節音量、攝錄影像或滾動顯示頁面等功能。通常而言，可攜式電子裝置的殼體必需設置有相應的對外開孔來裝設按鍵，以便於使用者操作。

然而，前述配置方式會造成可攜式電子裝置的內部配置空間的浪費，且其組裝過程亦較為複雜，因而存在著製造難度高、製造工時長以及組裝良率低等問題。另一方面，灰塵、水氣容易經由按鍵與對外開孔之間的縫隙進入到電子裝置的內部，使得電子元件的功能受到影響，且縮減其使用壽命。

本發明提供一種開關結構與使用此開關結構的電子裝置，能簡化製程步驟、縮減組裝時程與降低製造成本，並達到無縫(seamless)按鍵之設計，以保持電子裝置外觀之完整性，且可避免灰塵或水氣侵入電子裝置內部，確保電子裝置的使用壽命及可靠度。

本發明的開關結構適用於電子裝置。電子裝置具有殼體，且開關結構位於殼體的按鍵部的內側。開關結構包括彈性件、傳力件以及應變感應元件。彈性件連接殼體。傳力件設置於殼體的內側。應變感應元件設置於彈性件，且應變感應元件與傳力件分別位於彈性件的相對兩側。當按鍵部的外側受到外力時會透過傳力件使彈性件變形。

本發明的電子裝置包括機體、殼體以及開關結構。殼體包覆機體，且殼體具有按鍵部。開關結構位於殼體的按鍵部的內側。開關結構包括彈性件、傳力件以及應變感應元件。彈性件連接殼體。傳力件設置於殼體的內側。應變感應元件設置於彈性件， 且應變感應元件與傳力件分別位於彈性件的相對兩側。當按鍵部的外側受到外力時會透過傳力件使彈性件變形。

基於上述，本發明藉由在殼體的按鍵部的內側製作應變式的開關結構，以讓使用者藉由按壓殼體的按鍵部來實現按鍵的功能。換言之，本發明無需在電子裝置的殼體額外設置開孔以容置實體按鍵或於殼體上額外設置其他獨立的感應元件，便可實現按鍵功能，因此可大幅簡化製程步驟、縮減組裝時程、降低製造成本以及提高組裝良率。另一方面，由於本發明的電子裝置採用無縫按鍵設計，因此其殼體與實現按鍵功能的區域之間並不具有間隙，不僅可保持整體外觀的完整性，更可避免灰塵或水氣侵入電子裝置內部，確保電子裝置的使用壽命及可靠度。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100‧‧‧電子裝置

110‧‧‧機體

111‧‧‧控制單元

112‧‧‧振動元件

120‧‧‧殼體

121‧‧‧按鍵部

130、130a、130b‧‧‧開關結構

131‧‧‧彈性件

131a‧‧‧變形部

131a1‧‧‧表面

131b‧‧‧連接部

132、132a‧‧‧第一傳力件

133、133a‧‧‧第二傳力件

134、134a、134b‧‧‧第一應變感應元件

135、135a、135b‧‧‧第二應變感應元件

136‧‧‧軟性電路板

D、D1‧‧‧間距

F‧‧‧外力

G‧‧‧間隙

P‧‧‧按壓區

圖1為本發明一實施例的電子裝置的立體圖。

圖2為圖1的電子裝置的俯視圖。

圖3是圖2的開關結構的示意圖。

圖4是圖3的開關結構的作動示意圖。

圖5是本發明另一實施例的開關結構的示意圖。

圖6是圖5的開關結構的作動示意圖。

圖7是本發明另一實施例的開關結構的示意圖。

圖8是圖7的開關結構的作動示意圖。

圖1為本發明一實施例的電子裝置的立體圖。圖2為圖1的電子裝置的俯視圖。請參考圖1與圖2，在本實施例中，電子裝置100包括機體110、殼體120以及開關結構130，其中電子裝置100例如是智慧型手機、個人數位助理、平板電腦或電子書，殼體120例如是塑膠殼體或碳纖維殼體，亦可以是塑膠與金屬所構成的複合殼體。

圖3是圖2的開關結構的示意圖。請參考圖1至圖3，在本實施例中，殼體120設置於機體110外側，且殼體120具有按鍵部121。開關結構130位於殼體120的按鍵部121的內側。具體而言，開關結構130包括彈性件131、第一傳力件132、第二傳力件133、第一應變感應元件134以及第二應變感應元件135，其中彈性件131可由鋼或其他延展性佳的材料所構成，第一應變感應元件134以及第二應變感應元件135例如是應變規(strain gauge)。

就結構上而言，彈性件131包括變形部131a與連接部131b。變形部131a與殼體120保持間隙G，其中變形部131a例如呈平坦狀，且平行於按鍵部121。連接部131b連接變形部131a與殼體120，其中連接部131b例如是透過焊接的方式與殼體120相互接合。第一傳力件132與第二傳力件133成對地設置於殼體 120的內側且位於間隙G內，其中第一傳力件132與第二傳力件133可設置於殼體120上，且例如是與殼體120一體成型而凸出於按鍵部121的內側。另一方面，第一應變感應元件134與第二應變感應元件135成對地設置於彈性件的131的變形部131a的表面131a1，且第一應變感應元件134與第二應變感應元件135以及第一傳力件132與第二傳力件133分別位於變形部131a的相對兩側，其中按鍵部121的外側具有按鍵區P。

在本實施例中，開關結構130更包括軟性電路板(FPC)136，其中第一應變感應元件134與第二應變感應元件135分別電性連接至軟性電路板136。也就是說，第一感應元件134與第二感應元件135分別藉由軟性電路板136配置於變形部131a的表面131a1，其中軟性電路板136例如是透過焊接的方式與彈性件131相互接合。

圖4是圖3的開關結構的作動示意圖。請參考圖1、圖2與圖4，當按鍵部121的外側受到外力F，亦即使用者施加外力F於按鍵區時P時會透過第一傳力件132使變形部131a變形。更詳細而言，當使用者施加外力F於按鍵區時P時，按鍵部121會產生局部的變形，其中第一傳力件132會朝向變形部131a移動，並與變形部131a相抵接。在變形部131a受力變形的情況下，設置於變形部131a的軟性電路板136以及第一應變感應元件134亦會隨之變形而呈現拉伸狀態，因此第一應變感應元件134上的線路會變窄且變長，以致第一應變感應元件134會產生電阻值的變化， 而通過第一應變感應元件134的電壓訊號亦隨之改變。

另一方面，機體110包括控制單元111與振動元件112，其中振動元件112、第一應變感應元件134以及第二應變感應元件135分別電性連接至控制單元111。當機體110偵測到前述電壓訊號的變化時，配設於機體110內的控制單元111可依據前述電壓訊號的變化而產生控制訊號，其中此控制訊號例如是電源切換訊號、音量調整訊號或畫面捲動訊號等等。在電子裝置100的電子元件接收到此控制訊號後，電子元件將被驅動以執行對應的功能。而控制單元111亦會依據前述電壓訊號的變化而產生另一控制訊號，其中此控制訊號例如是振動訊號。在振動元件112接收到此振動訊號後，振動元件112會被啟動以令使用者感受到回饋的震感。

應注意的是，在未繪示的實施例中，外力F亦可透過第二傳力件133使變形部131a變形。具體而言，在變形部131a受到第二傳力件133推抵變形的情況下，第二應變感應元件135亦會隨之變形並且產生電阻值的變化，其中第二應變感應元件135的作動原理、控制訊號的產生以及機體110的相關電子元件的相應作動等可參照第一應變感應元件134的說明，於此不贅述。舉例而言，倘若上述實施例的第一應變感應元件134的變形是作為開啟電源、放大音量或向上捲動畫面之用，則第二應變感應元件135的變形則是作為關閉電源、減低音量或向下捲動畫面相較於第一應變感應元件134之用。

藉此方式，殼體120的按鍵部121與開關結構130可構成虛擬按鍵以提供習知實體按鍵的功能。換言之，在殼體120並無需額外設置開孔以容置實體按鍵的情況下，可大幅簡化製程步驟、縮減組裝時程、降低製造成本以及提高組裝良率。由於電子裝置100採用無縫按鍵設計保持，因此其殼體120與前述虛擬按鍵之間並不具有間隙，不僅可保持整體外觀的完整性，更可避免灰塵或水氣侵入電子裝置100內部，以確保電子裝置100的使用壽命及可靠度。

另一方面，為了提升使用者操作上的便利性，可在按鍵區P內形成辨識圖案，此辨識圖案可為慣用的代表符號例如箭頭，或者是殼體120表面的結構變化例如突起或粗糙表面。據此，使用者能透過目視或觸碰的方式輕易查覺按鍵部121的所在位置，以準確地按壓於按鍵部121上而操作所欲執行的功能。具體而言，殼體120的按鍵部121的剛性小於殼體120的其他相鄰部位的剛性，也就是說，當施加相同力量在殼體110的按鍵部121與殼體110的其他相鄰部位時，殼體110的按鍵部121可產生較大的變形量，以確保外力F可透過第一傳力件132或第二傳力件133使變形部131a變形，並使得配置於其上的第一應變感應元件134或第二應變感應元件135變形後產生電阻值的變化。

由於使用者握持或拾取電子裝置時所施加的外力，極可能造成殼體的輕微變形而意外觸發第一應變感應元件134或第二應變感應元件135的按鍵功能，因此本實施例的第一傳力件132 以及第二傳力件133個別與變形部131a之間保持間距D，如圖3所示。具體而言，間距D可作為前述輕微變形的緩衝，以避免電子裝置100誤作動的情況發生。

圖5是本發明另一實施例的開關結構的示意圖。圖6是圖5的開關結構的作動示意圖。請參考圖5與圖6，在本實施例中，開關結構130a的第一傳力件132a與第二傳力件133a可設置於彈性件131的變形部131a上，且例如是與彈性件131一體成型。並且，第一傳力件132a與第二傳力件133a個別與按鍵部121的內側保持間距D1。因此，相較於圖3的開關結構130而言，當使用者施加外力F於按壓區P時，按鍵部121會產生局部的變形，並且推抵第一傳力件132a或第二傳力件133a(在此是以推抵第一傳力件132a作舉例說明)。此時，外力F可透過第一傳力件132a或第二傳力件133a使變形部131a變形。在變形部131a受力變形的情況下，設置於變形部131a的第一應變感應元件134a或第二應變感應元件135a亦會隨之變形而呈現拉伸狀態，以致第一應變感應元件134a或第二應變感應元件135a會產生電阻值的變化。其中，第一應變感應元件134a或第二應變感應元件135a的作動原理、控制訊號的產生以及機體110的電子相關元件的相應作動可參照上述實施例之說明，於此不贅述。

圖7是本發明另一實施例的開關結構的示意圖。圖8是圖7的開關結構的作動示意圖。請參考圖7與圖8，在本實施例中，開關結構130b與圖3的開關結構130的不同處在於：開關結構 130b不具有設置於變形部131a的表面131a1上的軟性電路板136，在此，第一應變感應元件134a或第二應變感應元件135a直接設置於彈性件131的變形部131a的表面131a1上，其中彈性件例如是具可撓性的塑膠材質所構成。另一方面，開關結構130b更包括導線137與138，其中導線137例如是電性連接於第一應變感應元件134a與圖2所示的控制單元111以及振動單元112之間，而導線138例如是電性連接於第二應變感應元件135a與圖2所示的控制單元111以及振動單元112之間。其中，第一應變感應元件134b或第二應變感應元件135b的作動原理、控制訊號的產生以及機體110的電子相關元件的相應作動可參照上述實施例之說明，於此不贅述。

在本實施例中，雖然是以設置於殼體120上的第一傳力件132與第二傳力件133作為舉例說明，但在其他未繪示的實施例中，開關結構130b亦可採用如圖5中設置於彈性件131的變形部131a上的第一傳力件132a與第二傳力件133a，本發明對此不加以限制。

雖然上述實施例皆是以成對設置的第一傳力件與第二傳力件以及成對設置的第一應變感應元件與第二應變感應元件來做介紹。但在其他未繪示的實施例中，亦可視設計的實際需求，而選擇性配置單一組相互對應的傳力件與應變感應元件來執行電源切換、音量調整或畫面捲動等功能。又或者是，因應多功能按鍵之整合設計，將對應設置的傳力件與應變感應元件的數量調整為 三組、四組或更多，以執行所需的按鍵功能。

另一方面，除了上述實施例所提及，透過保持間距於傳力件與變形部之間或傳力件與按鍵部之間以避免電子裝置誤作動的方式之外，亦可藉由設定應變感應元件的臨界值(例如是應變感應元件的形變量)來達到避免電子裝置誤作動的技術功效。具體而言，雖然使用者握持或拾取電子裝置時所施加的外力，可能讓應變感應元件變形而產生電阻值的變化，並使得通過應變感應元件的電壓訊號隨之改變。但是當應變感應元件的形變量並未超過設定之臨界值時，此電壓訊號的變化並無法令控制單元產生控制訊號。也就是說，透過前述的設定方式，即便是在傳力件同時抵接變形部與按鍵部而未保持間距於其間的情況下，仍可有效避免電子裝置誤作動之情事發生。

綜上所述，本發明藉由在殼體的按鍵部的內側製作應變式的開關結構，以讓使用者藉由按壓殼體的按鍵部來實現按鍵的功能。換言之，本發明無需在電子裝置的殼體額外設置開孔以容置實體按鍵或於殼體上額外設置其他獨立的感應元件，便可實現按鍵功能，因此可大幅簡化製程步驟、縮減組裝時程、降低製造成本以及提高組裝良率。另一方面，由於本發明的電子裝置採用無縫按鍵設計，因此其殼體與實現按鍵功能的區域之間並不具有間隙，不僅可保持整體外觀的完整性，更可避免灰塵或水氣侵入電子裝置內部，確保電子裝置的使用壽命及可靠度。而為了提升使用者操作上的便利性，可在按鍵區內形成辨識圖案，以供使用 者能透過目視或觸碰的方式來察覺按鍵部的所在位置。此外，透過於保持間距於傳力件與變形部之間或傳力件與按鍵部之間，或者是設定應變感應元件的臨界值例如是應變感應元件的形變量等方式，可有效避免電子裝置誤作動之情事發生。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

121‧‧‧按鍵部

130‧‧‧開關結構

131‧‧‧彈性件

131a‧‧‧變形部

131a1‧‧‧表面

131b‧‧‧連接部

132‧‧‧第一傳力件

133‧‧‧第二傳力件

134‧‧‧第一應變感應元件

135‧‧‧第二應變感應元件

136‧‧‧軟性電路板

D‧‧‧間距

G‧‧‧間隙

Claims (11)

1. 一種開關結構，適用於一電子裝置，該電子裝置具有一殼體，且該開關結構位於該殼體的一按鍵部的內側，該開關結構包括：一彈性件，連接該殼體；一傳力件，設置於該殼體內側；以及一應變感應元件，設置於該彈性件，且該應變感應元件與該傳力件分別位於該彈性件的相對兩側，其中當該按鍵部的外側受到一外力時會透過該傳力件使該彈性件變形。
2. 如申請專利範圍第1項所述的開關結構，其中該彈性件包括：一變形部，與該殼體保持一間隙，該應變感應元件設置於該變形部的一表面；以及一連接部，連接該變形部與該殼體。
3. 如申請專利範圍第2項所述的開關結構，其中該彈性件的該變形部呈平坦狀，且平行於該按鍵部。
4. 如申請專利範圍第2項所述的開關結構，其中該傳力件設置於該彈性件，且該傳力件突出於該變形部。
5. 如申請專利範圍第4項所述的開關結構，其中該傳力件與該彈性件為一體成型。
6. 如申請專利範圍第2項所述的開關結構，更包括一軟性電路板，該應變感應元件電性連接至該軟性電路板，並且藉由該軟 性電路板配置於該變形部的該表面。
7. 如申請專利範圍第2項所述的開關結構，其中該應變感應元件與該傳力件的數量分別為兩個，該兩應變感應元件設置於該彈性件，該兩傳力件設置於該間隙內，而該按鍵部的外側具有一按鍵區。
8. 如申請專利範圍第1項所述的開關結構，其中該傳力件設置於該殼體上，且該傳力件突出於該按鍵部的內側。
9. 如申請專利範圍第8項所述的開關結構，其中該傳力件與該殼體為一體成型。
10. 一種電子裝置，包括：一機體；一殼體，包覆該機體，且該殼體具有一按鍵部；以及一如申請專利範圍第1項所述的開關結構。
11. 如申請專利範圍第10項所述的電子裝置，其中該機體包括一控制單元與一振動元件，該振動元件與該應變感應元件分別電性連接至該控制單元，該控制單元依據該應變感應元件的一電壓訊號啟動該振動元件。